专利名称：双通道共光路小型化宽波段成像光谱仪光学系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及空间光学技术领域，具体涉及空间光学中一种反射式小型化宽波段成像光谱仪光学系统。
背景技术：
成像光谱仪是图谱合一的新型空间光学遥感仪器，在空间大气遥感、海洋遥感、对地侦查等领域，正在得到越来越广泛的应用。随着空间遥感应用的不断发展，对成像光谱仪光学系统的要求也越来越高，波段越来越宽，从可见波段扩展到了紫外波段，波段越宽，包含的目标的光谱信息就越丰富，要实现紫外至可见的宽波段信号同时探测。在包含紫外波段的宽波段空间大气遥感等领域，例如在波段280 lOOOnm、临边高度O 90km范围内，信号的动态范围达到IO5 IO6量级。为实现对目标的宽波段大动态范围成像光谱探测，目前，国内外现有的宽波段成像光谱仪光学系统采用复杂的扫描镜机构和多个分色片，体积和重量大，不适合航天、航空遥感应用。
发明内容
本发明为解决现有宽波段成像光谱仪结构复杂、体积和重量大的问题，提供一种双通道共光路小型化宽波段成像光谱仪光学系统。双通道共光路小型化宽波段成像光谱仪光学系统，该光学系统包括第一宽带滤光片、第二宽带滤光片、第一孔径光阑、第二孔径光阑、望远镜、入射狭缝、第一准直镜、第二准直镜、平面光栅、成像镜和探测器像面；同一目标出射的光束经第一宽带滤光片和第二宽带滤光片分成两个通道分别经第一孔径光阑和第二孔径光阑入射到望远镜上，经望远镜成像到入射狭缝上，所述光束经入射狭缝出射后，分别经第一准直镜和第二准直镜后入射到平面光栅的不同区域上，经平面光栅色散后入射至成像镜，经成像镜成像在同一探测器像面上。本发明的工作原理本发明为把宽波段大动态范围的目标能清晰成像在小型化成像光谱仪的探测器像面上，采用了双通道共光路的系统结构，分成两个通道进行探测，两个通道对应两个波段，两通道的孔径光阑的口径比可根据需要选择。为实现小型化和轻量化，两通道共用同一望远镜、入射狭缝、成像镜和探测器像面。两通道分别使用同一光栅的两个区域，两个区域的光栅刻线密度可根据需要选择。两个通道各采用一个宽带滤光片消除光栅二级光谱的影响。本光学系统按xyz右手空间坐标系有序排列，z轴方向定为光轴方向，X轴垂直于yz平面，入射狭缝长度方向沿y轴的长度方向，平面光栅色散方向沿X轴的长度方向。成像镜和探测器像面中心不在yz平面，其余元件的中心在yz平面内。本发明的有益效果本发明所述的光学系统可实现包含紫外波段的宽波段大动态范围成像光谱探测，可探测信号的动态范围达到IO5 106，本发明所述的双通道共光路系统布局紧凑，具备小型化、轻量化的特点。
图I为本发明所述的双通道共光路小型化宽波段成像光谱仪光学系统的结构示意图。图中，I、第一宽带滤光片，2、第二宽带滤光片，3、第一孔径光阑，4、第二孔径光阑，5、望远镜，6、入射狭缝，7、第一准直镜，8、第二准直镜，9、平面光栅，10、成像镜，11、探测器像面。
具体实施例方式具体实施方式
一、结合图I说明本实施方式，双通道共光路小型化宽波段成像光谱仪光学系统，该光学系统包括第一宽带滤光片I、第二宽带滤光片2、第一孔径光阑3、第二孔径光阑4、望远镜5、入射狭缝6、第一准直镜7、第二准直镜8、平面光栅9、成像镜10和探测器像面11，所述同一目标出射的光束经第一宽带滤光片I和第二宽带滤光片2分成两个通道分别经第一孔径光阑3和第一孔径光阑4入射到同一望远镜5上，经望远镜5成像到入射狭缝6上，从入射狭缝6出射后，分别经第一准直镜7和第二准直镜8后入射到同一平面光栅9的两个不同区域上，经平面光栅9色散后入射至成像镜10，经成像镜成像在同一探测器像面11上。本实施方式所述的望远镜5与第一准直镜7和第二准直镜8的反射面相对排列，第一准直镜7和第二准直镜8的反射面与平面光栅9的衍射面相对排列，平面光栅9的衍射面与成像镜10的反射面相对排列，成像镜10的反射面与探测器像面11相对排列。本实施方式所述的两个通道的波段范围分别为所述第一宽带滤光片I和第二宽带滤光片2的透射波段。本实施方式所述的望远镜5为离轴抛物面镜，第一准直镜7、第二准直镜8和成像镜10为离轴非球面镜。所述的平面光栅9的两个不同区域根据需要可选择不同的光栅刻线密度。
具体实施方式
二、结合图I说明本实施方式，本实施方式为具体实施方式
一所述的双通道共光路小型化宽波段成像光谱仪光学系统的应用，将实施方式一所述的系统应用于空间遥感大气临边成像光谱探测，本实施方式所述的成像光谱仪光学系统焦距68. 8mm,视场2.4° X0.02。，工作波段280 lOOOnm。大气临边场景经第一宽带滤光片I、第二宽带滤光片2分成两个通道入射到望远镜5上，第一通道的波段范围为280 540nm，第二通道的波段范围为535 lOOOnm，第一孔径光阑3的口径为8. 8mm，第二孔径光阑4的口径为4. 6mm,达到了增强弱信号的目的。望远镜5为离轴抛物面镜，曲率半径为137. 6mm, 二次曲面系数为-1，离轴量为20. 93。入射狭缝6的尺寸为2. 88mmX0.024mm。第一准直镜7和第二准直镜8为离轴二次曲面，曲率半径均为258. 15mm，二次曲面系数均为2. 390，离轴量分别为51. 47mm和26. 88mm。平面光栅9的两区域的刻线密度分别为200g/mm、365g/mm，两区域的尺寸分别为19mmX 17mm、19mmX 17mm。成像镜10为离轴二次曲面，曲率半径为257. 427，二次曲面系数为-I. 598，离轴量为72. 29mm。整个临边成像光谱仪系统的焦距为68.8mm。第一通道和第二通道共用一个探测器像面11，在探测器像面上得到探测器的数字图像，探测器像面尺寸13. 3_X 13. 3_。本实施方式通过合理的设计第一宽带滤光片I和第二宽带滤光片2的光谱透射率，可以很好的抑制平面光栅9的二级光谱的影响从而减小杂散光。本发明可实现宽波段、大动态范围超光谱成像探测，适合作为卫星上和飞机上用的宽波段大动态范围成像光谱仪的光学系统，航天、航空大气遥 感、对地观测等领域。
权利要求
1.双通道共光路小型化宽波段成像光谱仪光学系统，该光学系统包括第一宽带滤光片(I)、第二宽带滤光片(2)、第一孔径光阑(3)、第二孔径光阑(4)、望远镜(5)、入射狭缝(6)、第一准直镜(7)、第二准直镜(8)、平面光栅(9)、成像镜(10)和探测器像面(11);其特征是，同一目标的光束经第一宽带滤光片(I)和第二宽带滤光片(2)分成两个通道分别经第一孔径光阑(3)和第二孔径光阑(4)入射到望远镜(5)上，经望远镜(5)成像到入射狭缝(6)上，所述光束经入射狭缝(6)出射后，分别经第一准直镜(7)和第二准直镜(8)后入射到平面光栅(9)的不同区域上，经平面光栅(9)色散后入射至成像镜(10)，经成像镜成像(10)在同一探测器像面(11)上。
2.根据权利要求I所述的双通道共光路小型化宽波段成像光谱仪光学系统，其特征在于，所述望远镜(5)与第一准直镜(7)和第二准直镜(8)的反射面相对排列，第一准直镜(7)和第一准直镜(8)的反射面与平面光栅(9)的衍射面相对排列，平面光栅(9)的衍射面与成像镜(10)的反射面相对排列，成像镜(10)的反射面与探测器像面(11)相对排列。
3.根据权利要求I所述的双通道共光路小型化宽波段成像光谱仪光学系统，其特征在于，所述第一孔径光阑(3 )和第二孔径光阑(4 )的口径不同。
4.根据权利要求I所述的双通道共光路小型化宽波段成像光谱仪光学系统，其特征在于，所述望远镜(5)为离轴抛物面镜。
5.根据权利要求I所述的双通道共光路小型化宽波段成像光谱仪光学系统，其特征在于，所述第一准直镜(7)和第二准直镜(8)为离轴非球面镜。
6.根据权利要求I所述的双通道共光路小型化宽波段成像光谱仪光学系统，其特征在于，所述的通道I和2使用同一平面光栅(9)的不同区域。
7.根据权利要求I所述的双通道共光路小型化宽波段成像光谱仪光学系统，其特征在于，所述成像镜(10)为离轴非球面镜。
全文摘要
双通道共光路小型化宽波段成像光谱仪光学系统，涉及空间光学技术领域，它解决现有宽波段成像光谱仪光学系统结构复杂、体积和重量大的问题。本系统包括第一宽带滤光片、第二宽带滤光片、第一孔径光阑、第二孔径光阑、望远镜、入射狭缝、第一准直镜、第二准直镜、平面光栅、成像镜和探测器像面，同一目标出射的光束经第一宽带滤光片和第二宽带滤光片分成两个通道分别经第一孔径光阑和第二孔径光阑入射到望远镜上，经望远镜成像到入射狭缝上，所述光束经入射狭缝出射后，分别经第一准直镜和第二准直镜后入射到平面光栅的不同区域上，经平面光栅色散后入射至成像镜，经成像镜成像在同一探测器像面上。本发明的系统应用在航天、航空大气遥感领域。
文档编号G01J3/02GK102928077SQ20121048790
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月26日 优先权日2012年11月26日
发明者薛庆生, 王淑荣 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所